EP3249079A1 - Elektrolytischer reaktor - Google Patents

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EP3249079A1
EP3249079A1 EP17171635.0A EP17171635A EP3249079A1 EP 3249079 A1 EP3249079 A1 EP 3249079A1 EP 17171635 A EP17171635 A EP 17171635A EP 3249079 A1 EP3249079 A1 EP 3249079A1
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EP
European Patent Office
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electrodes
electrode
reaction space
reactor according
reactor
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EP17171635.0A
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EP3249079B1 (de
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Siegfried Egner
Iosif Mariakakis
Uwe CLAUSSNITZTER
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Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/105—Phosphorus compounds

Definitions

  • Electrochemical reactors which have a cathode and an anode are frequently used in process engineering. During operation of the reactor, an electrical voltage is applied between the anode and the cathode, so that the anode is consumed (sacrificial anode).
  • an electrical voltage is applied between the anode and the cathode, so that the anode is consumed (sacrificial anode).
  • the sacrificial electrodes are made of a magnesium-containing material.
  • an electrolytic reactor in particular for separating phosphate from phosphate-containing liquids and recovery of phosphate salts, comprising a housing, an inlet and a drain for the liquid and two electrodes of different polarity, which include a reaction space between them, wherein at least one of the two electrodes is a sacrificial electrode and is made of a magnesium-containing material, wherein the sacrificial electrode is constructed of trapezoidal ingots having a first and a second surface, wherein the first surface is smaller than the second surface and four side surfaces are provided, which first connect to the second surface.
  • the sacrificial electrode preferably consists of raw magnesium. Magnesium is cast in the form of trapezoidal billets as semi-finished products during production. By using the bars without further processing step, the cost of the magnesium to be used in a corresponding reactor can be kept relatively low. The bars are alternatively referred to as ingots.
  • the electrolytic recovery of phosphorus as crystallized magnesium ammonium phosphate (MAP) (struvite) occurs in the absence of magnesium in the starting substrate Mg 2+ + NH 4 + + PO 4 3- + 6H 2 O ⁇ MgNH 4 PO 4 - 6 H 2 O by releasing magnesium ions on the surface of a sacrificial anode of magnesium. The crystallized magnesium ammonium phosphate can then be removed from the liquid.
  • MAP crystallized magnesium ammonium phosphate
  • the bars are designed so that at least two parallel, but preferably all four edge lengths of the edge lengths of the first surface are shorter than in the second surface.
  • the latter are referred to below as trapezoidal bars.
  • the ingots are arranged to form a continuous surface alternately with the first and the second surface to the reaction space and complement each other in the mold.
  • the ingots are arranged so that they lie against each other with the preferably long side surfaces in the rectangular basic shapes against each other, that runs a sloping side surface from the larger to the smaller surface through the side surface, which runs from the smaller to the larger surface of a second bar , is supplemented so that results in a plan view of the electrode, a flat surface.
  • a flat or substantially planar surface is to be understood as meaning that a constantly closed or homogeneous surface is formed in a plan view and only less than 5%, in particular less than 2%, of the total electrode surface does not participate in the surface lying in one plane. Due to inclined side surfaces between the first and second surfaces, the flat area of the electrode is slightly less than the actual area through the electrodes filled area. This effect, which occurs in the edge region, which can also occur between the rows in the case of rows laid in two rows, does not adversely affect the electrode and is not considered for the definition of the flat area if the proportion is less than 5% and preferably less than 2% remain over the entire consumption of the electrode
  • the bars have a longitudinal direction and are arranged transversely to the flow direction of the reactor with respect to their longitudinal direction. That is, the ingots have a longer side edge and a shorter side edge with respect to their first and second surfaces, the direction of the longer side edge being transverse to the flow direction of the reactor.
  • both electrodes equally as a sacrificial electrode and both of a magnesium-containing material and further preferably both electrodes, consist of trapezoidal magnesium-containing bars.
  • the ingots may preferably be formed from raw magnesium.
  • both the upper and the lower electrode consumed equally because they serve alternately as an anode and as a cathode.
  • On switching the polarity between the electrodes on the contrary, only slight deposits can be formed, which are removed again by the subsequent use as an anode. In this way, a particularly good and uniform process control in a continuous process is possible.
  • one electrode can be moved relative to the other electrode. In this way, regardless of the consumption of the electrodes, the distance between the two electrodes can always be kept constant. As a result, the electric field between the electrodes is always the same and optimum conversion rates are achieved in the reactor with simultaneously low power consumption.
  • one of the electrodes are connected in a housing with a lower housing part and another electrode with a housing upper part. It is particularly advantageous, and particularly simple in the implementation, when the electrode, which is provided in the upper housing part, is moved relative to the other electrode. If this electrode is not formed as a sacrificial electrode, it may for example be made of stainless steel or another corrosion-resistant electrically conductive material. It is of particular importance for the process control that a constant distance between the surfaces of the electrodes is independent of the consumption of the electrodes. These Surfaces define a channel through which the liquid to be treated flows. So if the geometry of the channel and the existing between the electrodes (anode and cathode) electric field are constant, then defined and very good conversion rates are achieved with minimal energy consumption.
  • the desired constant distance can be achieved in an advantageous embodiment of the invention in that between the channel delimiting surfaces of the electrodes at least one electrically non-conductive spacer, which may be formed for example of plastic or other material.
  • at least two spacers which are preferably spaced apart. The spacers are dimensioned so that the distance between the electrodes is maintained regardless of the consumption of the electrodes.
  • the channel between the electrodes is considered to be the reaction space.
  • the distance can be kept constant by means of gravity, one or more springs or one or more actuators.
  • gravity is used to B. nach ballot the upper electrode of the lower electrode in an operating state provided arrangement of the reactor, then usually provided in the vertical direction above the other electrode electrode of the lower electrode is tracked.
  • the described spacer is provided between the electrodes, then the distance between the surfaces of the electrodes bounding the reaction space is always kept constant, independently of the consumption of the electrodes, in a very simple and reliable manner.
  • the electrodes spring force assisted or electrically, pneumatically or hydraulically by means of actuators to compensate for the material removal of the at least one sacrificial electrode and maintain a constant distance between the reaction space limiting surface of the electrodes.
  • a distance control or control between the electrodes can be set up, with sensors that detect the consumption or the remaining thickness of the electrodes as part of a control loop.
  • sensors that detect the consumption or the remaining thickness of the electrodes as part of a control loop.
  • the channel-limiting surfaces of the electrodes are rectangular, which means that a substantially cubic shape is provided substantially for the two electrodes and despite the existing thickness, in which case the above-stated that of Be deviated cubic shape only in the edge region of the electrodes, with a deviation of less than 5%, in particular less than 2% based on the total surface area of the ingot, is considered cubic shape.
  • means for detecting the position of the electrodes can be provided in the reactor according to the invention.
  • These means for detecting the position of at least one of the electrodes may, for. B. be a position sensor in any type. This position sensor is advantageously attached to the electrode arranged movably in the housing of the reactor, if such is provided. Thereby, the degree of consumption of the sacrificial electrode or the sacrificial electrodes can be easily and reliably monitored.
  • means for detecting the electric current flowing between the electrodes and / or the voltage applied between the electrodes can also be provided. This allows easy and reliable monitoring of the process that takes place in the reactor. Possible disruptions of the process lead to changes in the electrical current and / or the electrical voltage and can thus be easily detected.
  • reaction space has a rectangular cross section in the flow direction and has a constant flow cross section over the entire reaction space. In this way, a particularly uniform and good reaction sequence can be provided and thus the reaction can proceed optimally.
  • the at least one electrode namely the sacrificial electrode, consists of a magnesium-containing material. It is particularly preferred that more or less pure magnesium be used. Particularly preferably, both electrodes are formed as sacrificial electrodes made of magnesium-containing material, in particular pure magnesium.
  • the electrode is contacted via a flexible contact band or a flexible contact chain, which is in contact with each of the ingots. In this way it can be ensured that each of the electrodes can be contacted safely. This can lead to problems, in particular in the case of bar-like elements of the electrode, since, due to the casting process of the ingot, certain height differences of the ingot can occur.
  • Ingots especially magnesium ingots, are usually not poured automatically in large-scale processes, but by hand or in small quantities, so that must be reckoned with Medschwank Institute that can lead to an electrode not all bars equally come into contact with a contact plate.
  • cooling causes some shrinkage, so that surfaces of billets may not be completely flat, but e.g. have a confiscation.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a commercial magnesium ingot with a smaller top 1 and a larger top 2, wherein the running between the two surfaces 1 and 2 side surfaces 4 and 5 in the figures a) and b) are shown.
  • the ingot is trapezoidal on all sides.
  • FIG. 2 can now take a mutual laying of the bars, so that alternately in the installation situation to vertically above the surface 1 and the surface is directed.
  • a flat surface 10 which serves as a boundary of a reaction space and surface of an electrode in a reactor.
  • the chamfers of the side surfaces 4 and the chamfering of the outermost side surfaces 5 cause the flat surface in the edge regions can not be completely held.
  • the proportion of this edge area is less than 5% of the total area and is therefore not to be considered, so that the electrode surface can be referred to as a whole flat surface 10.
  • the flow direction of a medium is identified by the reference numeral 14.
  • Such magnesium electrodes are used in particular for the separation of phosphate from phosphate-containing wastewaters, where they serve as sacrificial electrodes in the reactor.
  • FIG. 4 now shows the arrangement of two electrodes 12 and 16, wherein the top in the image display 16 in Arrow direction 18 is movable, so that the reaction space 20 between the electrodes always remains the same size, so as to provide the most constant flow rates and conversion rates.
  • the electrodes 12 and 16 are switched alternately with respect to their polarity, wherein the polarity is switched on at intervals in order to reduce deposits on the electrodes 12, 16.
  • Both electrodes 12, 16 serve as sacrificial anodes with appropriate circuit, which are usually deposits on the cathode, which are replaced by the switching and can be separated from the liquid stream.
  • the flow direction is here again identified by the reference numeral 14.
  • FIG. 5 now shows a plan view of the lower electrode 12, in which case the surfaces 1 and 2, but also the oblique side surfaces 4 and 5 can be detected.
  • the bevelled side areas should not be more than 2% of the flat electrode area.
  • FIG. 6 shows the upper electrode 16 in a section, it being understood that due to differences in casting the surfaces 1 and 2 on the surface 10 opposite side can be at different heights, when the surface 10 is planar, so that a contact via a Plate is difficult.
  • the contacting for switching the polarity with respect to the upper electrode 16 is therefore according to the invention preferably via a flexible contact strip 22, for example in the form of a link chain, so that each individual of the bars with the contact strip 22 comes into contact.
  • FIG. 7 shows in the representations a) and b) reactors 30 according to the invention, wherein Figure 7a a section through a reaction space 20 shows with a view of the electrode 12 according to FIG. 5 ,
  • the liquid in this case flows via the inlet 32 into an antechamber 34 and around a bulkhead wall 36, which is provided so that all flow is guided around the bulkhead wall 36 and serves to equalize the flow.
  • the liquid then passes into the reaction space 20 between the electrodes 12 and 16.
  • the electrodes 12 and 16 are provided in the form of alternately laid bars.
  • the liquid is passed through a subsequent chamber 38 and there again around a bulkhead 40 through a drain 42.
  • FIG. 7b now shows a reactor 30 'in another cutting plane, with no pre- or post-chamber are provided here.
  • the electrodes 12 and 16 constructed from the bars are received in a housing 44 comprising a top 48 and a bottom 46.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrolytischen Reaktor, insbesondere zum Abtrennen von Phosphat aus phosphathaltigen Flüssigkeiten und Rückgewinnung von Phosphatsalzen, umfassend ein Gehäuse, einen Zulauf, sowie eine Ablauf für die Flüssigkeit und zwei Elektroden (12, 16) unterschiedlicher Polarität, die zwischen sich einen Reaktionsraum (20) einschließen, wobei wenigstens eine der beiden Elektroden (12, 16) eine Opferelektrode ist und aus einem magnesiumhaltigen Werkstoff besteht, wobei die Opferelektrode aus trapezoiden Barren aufgebaut ist, die eine erste (1) und eine zweite Oberfläche (2) aufweisen, wobei die erste Oberfläche (1) kleiner ist als die zweite Oberfläche (2) und vier Seitenflächen (4, 5) die die erste (1) mit der zweiten Oberfläche (2) verbinden.

Description

  • In der Verfahrenstechnik werden häufig elektrolytische Reaktoren eingesetzt, die eine Kathode und eine Anode aufweisen. Beim Betrieb des Reaktors wird eine elektrische Spannung zwischen Anode und Kathode angelegt, so dass sich die Anode verzehrt (Opferanode). So ist beispielsweise in der DE 10 2010 050 691 B3 und der DE 10 2010 050 692 B3 ein Verfahren und ein Reaktor zur Rückgewinnung von Phosphatsalzen aus einer Flüssigkeit beschrieben, wobei die Opferelektroden aus einem magnesiumhaltigen Material bestehen.
  • Insbesondere ist es aus einer Vielzahl von Dokumenten im Stand der Technik bereits bekannt, bei Opferanoden die Kathode beweglich zu gestalten, so dass der Abstand zwischen Kathode und Anode konstant gehalten werden kann.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, einen elektrolytischen Reaktor bereitzustellen, der zwei Elektroden mit unterschiedlicher Polarität umfasst, wobei wenigstens eine der beiden Elektroden eine Opferelektrode ist und aus einem magnesiumhaltigen Werkstoff besteht und wobei die Elektroden möglichst kostengünstig bereitgestellt werden können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen elektrolytischen Reaktor gelöst, insbesondere zum Abtrennen von Phosphat aus phosphathaltigen Flüssigkeiten und Rückgewinnung von Phosphatsalzen, umfassend ein Gehäuse, einen Zulauf und einen Ablauf für die Flüssigkeit und zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität, die zwischen sich einen Reaktionsraum einschließen, wobei wenigstens eine der beiden Elektroden eine Opferelektrode ist und aus einem magnesiumhaltigen Werkstoff besteht, wobei die Opferelektrode aus trapezoiden Barren aufgebaut ist, die eine erste und eine zweite Oberfläche aufweisen, wobei die erste Oberfläche kleiner als die zweite Oberfläche ist und vier Seitenflächen vorgesehen sind, die die erste mit der zweiten Oberfläche verbinden.
  • Dabei besteht die Opferelektrode vorzugsweise aus Rohmagnesium. Magnesium wird bei der Herstellung in Form von trapezoiden Barren als Halbzeuge gegossen. Durch die Verwendung der Barren ohne weiteren Bearbeitungsschritt können die Kosten für das Magnesium, das in einem entsprechenden Reaktor eingesetzt werden soll, vergleichsweise gering gehalten werden. Die Barren werden alternativ als Masseln bezeichnet. Dabei erfolgt die elektrolytische Rückgewinnung von Phosphor als auskristallisiertes Magnesium-Ammonium-Phosphat (MAP) (Struvite) bei Mangel an Magnesium im Ausgangssubstrat nach folgender Formel: Mg2+ + NH4 + + PO4 3- + 6H2O→ MgNH4 PO4 - 6 H20 durch Freisetzung von Magnesiumionen an der Oberfläche einer Opferanode aus Magnesium. Das auskristallisierte Magnesiumammoniumphosphat kann dann aus der Flüssigkeit entfernt werden.
  • Die Barren sind dabei so gestaltet, dass von den Kantenlängen der ersten Oberfläche wenigstens zwei parallel, vorzugsweise aber alle vier Kantenlängen kürzer als bei der zweiten Oberfläche sind. Letztere werden nach folgend als allseits trapezoiden Barren bezeichnet.
  • Besonders bevorzugt ist dabei, dass die Barren zur Bildung einer durchgehenden Oberfläche abwechselnd mit der ersten und der zweiten Oberfläche zum Reaktionsraum hin angeordnet sind und einander in der Form ergänzen. Dabei werden die Barren so angeordnet, dass sie mit den vorzugsweise langen Seitenflächen bei den rechteckigen Grundformen gegeneinander so anliegen, dass die eine schräg verlaufende Seitenfläche ausgehend von der größeren zur kleineren Oberfläche durch die Seitenfläche, die von der kleineren zur größeren Oberfläche eines zweiten Barrens läuft, so ergänzt wird, dass sich bei einer Draufsicht auf die Elektrode eine ebene Oberfläche ergibt.
  • Dabei soll unter einer ebenen oder im Wesentlichen ebenen Oberfläche verstanden werden, dass eine konstant geschlossene bzw. homogene Oberfläche in einer Draufsicht gebildet wird und lediglich kleiner 5 %, insbesondere kleiner 2 % der gesamten Elektrodenfläche nicht an der in einer Ebene liegenden Fläche partizipieren. Aufgrund von schräg verlaufenden Seitenflächen zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche ist die ebene Fläche der Elektrode etwas geringer als die tatsächliche durch die Elektroden ausgefüllte Fläche. Dieser im Randbereich auftretende Effekt, der bei zweireihig gelegten Barren auch zwischen den Reihen auftreten kann, beeinträchtig die Elektrode nicht und bleibt für die Definition der ebenen Fläche unberücksichtigt, wenn der Anteil kleiner 5% und vorzugsweise kleiner 2% beträgt.Die ebene Fläche soll dabei über den gesamten Verzehr der Elektrode bestehen bleiben
  • Dabei kann besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass die Barren eine Längsrichtung aufweisen und bezüglich ihrer Längsrichtung quer zur Strömungsrichtung des Reaktors angeordnet sind. D. h., die Barren weisen bezüglich ihrer ersten und zweiten Oberfläche eine längere Seitenkante und eine kürzere Seitenkante auf, wobei sich die Richtung der längeren Seitenkante quer zur Strömungsrichtung des Reaktors befindet.
  • Alternativ sind auch Gestaltungen denkbar, bei denen die Barren bezüglich ihrer Längsrichtung in Strömungsrichtung des Reaktors angeordnet sind. Grundsätzlich kann es dabei vorgesehen sein, dass jeweils die Barren mit ihren in Längsrichtung verlaufenden Seitenflächen gegeneinander anliegen. Grundsätzlich ist es jedoch auch denkbar, dass alternativ oder zusätzlich weitere Barren an der kürzeren Seitenfläche angeschlossen sind.
  • Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn beide Elektroden gleichermaßen als Opferelektrode und beide aus einem magnesiumhaltigen Werkstoff und weiterhin vorzugsweise beide Elektroden, aus trapezoidförmigen magnesiumhaltigen Barren bestehen. Dabei können die Barren vorzugsweise aus Rohmagnesium gebildet sein. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass durch Umschalten der Polarität sowohl die obere als auch die untere Elektrode gleichermaßen verzehrt werden, da sie abwechselnd als Anode und als Kathode dienen. Darüber hinaus kann durch das Umschalten der Polarität erreicht werden, dass es nicht zu Ablagerungen auf der jeweils als Kathode dienenden Elektrode kommt, die ansonsten durch Spüleinrichtungen immer wieder entfernt werden müssten. Bei Umschaltung der Polarität zwischen den Elektroden können vielmehr nur geringfügige Ablagerungen entstehen, die durch die nachfolgenden Verwendung als Anode wieder abgelöst werden. Auf diese Weise ist eine besonders gute und gleichmäßige Prozessführung im kontinuierlichen Prozess möglich.
  • Darüber hinaus ist es besonders vorteilhaft, wenn eine Elektrode relativ zur anderen Elektrode bewegt werden kann. Auf diese Weise kann unabhängig vom Verzehr der Elektroden der Abstand zwischen den beiden Elektroden immer konstant gehalten werden. Infolgedessen ist das elektrische Feld zwischen den Elektroden stets gleich und es werden optimale Umsetzungsraten in dem Reaktor bei gleichzeitig geringem Energieverbrauch erzielt.
  • Dabei ist es generell vorteilhaft, wenn eine der Elektroden in einem Gehäuse mit einem Gehäuseunterteil und eine weitere Elektrode mit einem Gehäuseoberteil verbunden sind. Besonders vorteilhaft ist es dabei, und besonders einfach in der Umsetzung, wenn die Elektrode, die im Gehäuseoberteil vorgesehen ist, relativ zur anderen Elektrode bewegt wird. Sofern diese Elektrode nicht als Opferelektrode ausgebildet ist, kann sie beispielsweise aus Edelstahl oder einem anderen korrosionsfesten elektrisch leitenden Material hergestellt sein. Dabei ist es für die Prozessführung von besonderer Bedeutung, dass ein konstanter Abstand zwischen den Oberflächen der Elektroden unabhängig vom Verzehr der Elektroden ist. Diese Oberflächen begrenzen einen Kanal, durch den die zu behandelnde Flüssigkeit fließt. Wenn also die Geometrie des Kanals und das zwischen den Elektroden (Anode und Kathode) vorhandene elektrische Feld konstant sind, dann werden definierte und sehr gute Umsetzungsraten bei minimalem Energieverbrauch erreicht.
  • Der gewünschte konstante Abstand kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht werden, dass zwischen den Kanal begrenzenden Oberflächen der Elektroden mindestens ein elektrisch nicht leitender Abstandshalter, der beispielsweise aus Kunststoff oder einem anderen Material gebildet sein kann. Um ein Verkanten der Elektroden zu verhindern, ist es in der Regel vorteilhaft, mindestens zwei vorzugsweise beanstandete Abstandshalter vorzusehen. Die Abstandshalter sind so bemessen, dass der Abstand zwischen den Elektroden unabhängig vom Verzehr der Elektroden eingehalten wird. Dabei gilt der Kanal zwischen den Elektroden als Reaktionsraum.
  • Der Abstand kann mit Hilfe der Schwerkraft, einer oder mehrerer Federn oder einem oder mehreren Aktuatoren konstant gehalten werden. Wenn die Schwerkraft eingesetzt wird, um z. B. die obere Elektrode der unteren Elektrode nachzuführen in einer im Betriebszustand vorgesehenen Anordnung des Reaktors, dann wird in der Regel die in vertikaler Richtung oberhalb der anderen Elektrode vorgesehene Elektrode der unteren Elektrode nachgeführt. Ist nun der beschriebene Abstandhalter zwischen den Elektroden vorgesehen, dann wird auf sehr einfache und zuverlässige Weise der Abstand zwischen den den Reaktionsraum begrenzenden Oberflächen der Elektroden unabhängig vom Verzehr der Elektroden immer konstant gehalten.
  • Anstelle oder unterstützend zur Schwerkraft kann auch vorgesehen sein, die Elektroden federkraftunterstützt oder mit Hilfe von Aktuatoren elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch zu bewegen, um den Materialabtrag der mindestens einen Opferelektrode auszugleichen und einen gleichbleibenden Abstand zwischen den den Reaktionsraum begrenzenden Oberfläche der Elektroden einzuhalten.
  • Wenn Aktuatoren zur Nachführung der einen Elektrode zur anderen vorgesehen sind, kann eine Abstandsregelung oder -steuerung zwischen den Elektroden eingerichtet werden, mit Sensoren, die als Teil eines Regelkreises den Verzehr bzw. die verbliebene Dicke der Elektroden erfassen. Dazu können alle am Markt befindlichen geeigneten Typen von Sensoren eingesetzt werden.
  • Grundsätzlich, wenn jedoch nicht bevorzugt, ist es jedoch auch erfindungsgemäß möglich, beide Elektroden zu bewegen, um den Abstand zwischen den Elektroden konstant zu halten.
  • Am einfachsten lässt sich der Reaktionsraum bzw. Kanal zwischen den begrenzenden Oberflächen der Elektroden konstant halten, wenn die den Reaktionsraum begrenzenden Oberflächen von beiden Elektroden eben sind.
  • Weiterhin ist es besonders bevorzugt, wenn die den Kanal begrenzenden Oberflächen der Elektroden rechteckig sind, was bedeutet, dass im Wesentlichen für die beiden Elektroden und trotz der bestehenden Dicke eine im Wesentlichen kubische Form vorgesehen ist, wobei hier das vorstehend Gesagte gilt, dass von der kubischen Form lediglich im Randbereich der Elektroden abgewichen werden soll, wobei eine Abweichung von kleiner 5%, insbesondere kleiner 2% bezogen auf die jeweilige Gesamtflächefläche der Barren, als kubische Form angesehen wird.
  • Dabei können, um den Reaktorablauf, den Prozess und den Verzehr der mindestens einen Opferelektrode erfassen zu können, bei dem erfindungsgemäßen Reaktor Mittel zur Erfassung der Position der Elektroden vorgesehen sein. Diese Mittel zur Erfassung der Position wenigstens einer der Elektroden können z. B. ein Positionssensor in beliebiger Bauart sein. Dieser Positionssensor ist vorteilhafterweise an der bewegbar in dem Gehäuse des Reaktors angeordneten Elektrode befestigt, sofern eine solche vorgesehen ist. Dadurch kann der Grad des Verzehrs der Opferelektrode oder der Opferelektroden auf einfache Weise und sehr zuverlässig überwacht werden.
  • Schließlich sind auch Mittel zur Erfassung des elektrischen Stroms, der zwischen den Elektroden fließt, und/oder der elektrischen Spannung, die zwischen den Elektroden anliegt, vorsehbar. Dadurch lässt sich der Prozess, der in dem Reaktor abläuft, einfach und zuverlässig überwachen. Eventuelle Störungen des Prozesses führen zu Änderungen des elektrischen Stroms und/oder der elektrischen Spannung und können somit einfach detektiert werden.
  • Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Reaktionsraum einen rechteckigen Querschnitt in Strömungsrichtung besitzt und über den gesamten Reaktionsraum einen konstanten Strömungsquerschnitt aufweist. Auf diese Weise kann ein besonders gleichmäßiger und guter Reaktionsablauf bereitgestellt werden und es kann somit die Umsetzung optimal ablaufen.
  • Die mindestens eine Elektrode, nämlich die Opferelektrode, besteht aus einem magnesiumhaltigen Werkstoff. Dabei kann besonders bevorzugt mehr oder weniger reines Magnesium eingesetzt werden. Besonders bevorzugt sind beide Elektroden als Opferelektroden aus magnesiumhaltigem Werkstoff, insbesondere reinem Magnesium, ausgebildet.
  • Um eine besonders einfache Kontaktierbarkeit der Elektroden, insbesondere sofern eine bewegbare Elektrode vorgesehen ist, bereitzustellen, kann vorgesehen sein, dass die Elektrode über ein flexibles Kontaktband oder eine flexible Kontaktkette kontaktiert werden, die mit jedem der Barren in Kontakt ist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass jede der Elektroden sicher kontaktiert werden kann. Dabei kann es insbesondere bei barrenartigen Elementen der Elektrode zu Problemen kommen, da aufgrund des Gießprozesses der Barren es zu gewissen Höhenunterschieden der Barren kommen kann.
  • Barren, insbesondere Magnesiumbarren, werden in der Regel nicht in Großprozessen automatisiert abgegossen, sondern per Hand oder in Kleinmengen, so dass mit Füllschwankungen gerechnet werden muss, die dazu führen können, dass bei einer Elektrode nicht sämtliche Barren gleichermaßen mit einer Kontaktplatte in Kontakt kommen. Außerdem entsteht durch das Abkühlen ein gewisser Schwund, so dass Oberflächen von Barren ggf. nicht vollständig eben sind, sondern z.B. eine Einziehung aufweisen.
  • Aufgrund einer entstehenden Oxidschicht auf den Barren kann es dazu kommen, dass sich die Potentiale einer Elektrode zwischen den Barren nicht ausgleichen. Es ist daher vorteilhaft, dass die Kontaktierung über alle Barren gleichermaßen erfolgt. Mittels einer Kontaktkette oder eines flexiblen Kontaktbandes kann erreicht werden, dass das Kontaktband oder die Kette auf sämtlichen Barren zu liegen kommt und somit sämtliche Barren elektrisch kontaktiert sind.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Zeichnung.
  • Dabei zeigen:
    • Figur 1
    einen Längsschnitt durch einen Magnesiumbarren in Darstellung a) und in Darstellung b) einen Querschnitt hierdurch,
    Figur 2
    eine erste Elektrodengestaltung,
    Figur 3
    eine alternative Elektrodengestaltung und
    Figur 4
    eine Anordnung aus oberer und unterer Elektrode,
    Figur 5
    Elektrode in Draufsicht und
    Figur 6
    einen Schnitt durch die Barren der oberen Elektrode mit vorgesehener Kontaktierung,
    Figur 7
    zwei Darstellungen von erfindungsgemäßen Reaktoren.
  • Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen handelsüblichen Magnesiumbarren mit einer kleineren Oberseite 1 sowie einer größeren Oberseite 2, wobei die zwischen den beiden Oberflächen 1 und 2 verlaufenden Seitenflächen 4 sowie 5 in den Figuren a) und b) gezeigt sind. Der Barren ist allseitig trapezoid.
  • Figur 2 lässt sich nun ein wechselseitiges Legen der Barren entnehmen, so dass abwechselnd in der Einbausituation nach vertikal oben die Oberfläche 1 bzw. die Oberfläche gerichtet ist. Durch das wechselweise Legen der Barren deren Seitenflächen 5 die gleiche Abschrägung aufweisen, ergibt sich eine ebene Oberfläche 10, die in einem Reaktor als Begrenzung eines Reaktionsraumes und Oberfläche einer Elektrode dient. Die Abschrägungen der Seitenflächen 4 sowie die Abschrägung der äußersten Seitenflächen 5 (hier mit 5a bezeichnet) führen dazu, dass die ebene Fläche in den Randbereichen nicht ganz durchgehalten werden kann. Der Anteil dieser Randbereich beträgt jedoch weniger als 5% der gesamten Fläche und ist daher nicht zu berücksichtigen, so das die Elektrodenfläche insgesamt als ebene Fläche 10 bezeichnet werden kann. Darüber hinaus ist es auch möglich, weitere Reihen an Barren aneinander anzuschließen, wie Figur 3 zeigt, so dass sich eine Elektrode 12 mit ebener Oberfläche 10 ergibt. In diesem Fall ergeben sich je nach Legart bei allseitig trapezoiden Barren auch im Bereich zwischen den Reihen Bereiche, die von der ebenen Fläche abweichen. Diese Stellen sind beispielhaft mit 4a bezeichnet. Die Gesamtheit all dieser Bereiche macht jedoch erfindungsgemäß kleiner 5% an der Gesamtfläche 10 der Elektrode 12 aus.
  • Die Fließrichtung eines Mediums ist mit dem Bezugszeichen 14 gekennzeichnet.
  • Derartige Magnesiumelektroden werden insbesondere zur Abtrennung von Phosphat aus phosphathaltigen Abwässern eingesetzt, wo sie als Opferelektroden im Reaktor dienen.
  • Figur 4 zeigt nun die Anordnung zweier Elektroden 12 und 16, wobei die in der Bilddarstellung obere Elektrode 16 in Pfeilrichtung 18 bewegbar ist, so dass der Reaktionsraum 20 zwischen den Elektroden stets gleich groß verbleibt, um so möglichst konstante Strömungsraten sowie Umsetzungsraten bereitzustellen. Dabei werden die Elektroden 12 und 16 hinsichtlich ihrer Polarität abwechselnd geschaltet, wobei die Polarität in Intervallen eingeschaltet wird, um Ablagerungen auf den Elektroden 12, 16 zu reduzieren. Beide Elektroden 12, 16 dienen als Opferanoden bei entsprechender Schaltung, wobei sich auf der Kathode in der Regel Ablagerungen befinden, die durch das Umschalten abgelöst werden und aus dem Flüssigkeitsstrom abgetrennt werden können. Die Fließrichtung ist hier wiederum mit dem Bezugszeichen 14 gekennzeichnet.
  • Figur 5 zeigt nun eine Draufsicht auf die untere Elektrode 12, wobei hier die Oberflächen 1 und 2, aber auch die schrägen Seitenflächen 4 sowie 5 erkannt werden können. Dabei sollen die abgeschrägten Seitenbereiche nicht mehr als 2 % der ebenen Elektrodenfläche betragen.
  • Figur 6 zeigt die obere Elektrode 16 in einem Ausschnitt, wobei zu erkennen ist, dass aufgrund von Gussunterschieden die Oberflächen 1 und 2 auf der der Oberfläche 10 gegenüberliegenden Seite auf verschiedenen Höhen liegen können, wenn die Oberfläche 10 eben ausgebildet ist, so dass eine Kontaktierung über eine Platte nur schwierig möglich ist. Die Kontaktierung zur Umschaltung der Polarität bezüglich der oberen Elektrode 16 erfolgt daher erfindungsgemäß bevorzugt über ein flexibles Kontaktband 22, beispielsweise in Form einer Gliederkette, so dass jeder einzelne der Barren mit dem Kontaktband 22 in Kontakt tritt.
  • Auf diese Weise kann eine sichere Kontaktierung sämtlicher Barren erreicht werden.
  • Figur 7 zeigt in den Darstellungen a) und b) erfindungsgemäße Reaktoren 30, wobei Figur 7a einen Schnitt durch einen Reaktionsraum 20 zeigt mit einer Sicht auf die Elektrode 12 gemäß Figur 5. Die Flüssigkeit strömt hierbei über den Zulauf 32 in eine Vorkammer 34 und um eine Schottwand 36 herum, die so vorgesehen ist, dass alle Strömung um die Schottwand 36 herumgeführt wird und zur Vergleichmäßigung der Strömung dient. Die Flüssigkeit gelangt dann in den Reaktionsraum 20 zwischen die Elektroden 12 und 16. In dem Reaktionsraum 20 sind die Elektroden 12 und 16 in Form von abwechselnd gelegten Barren vorgesehen. Die Flüssigkeit wird nach erfolgter Durchströmung des Reaktionsraums 20 über eine Nachkammer 38 und dort wiederum um eine Schottwand 40 herum durch einen Ablauf 42 geführt.
  • Figur 7b zeigt nun einen Reaktor 30' in einer anderen Schnittebene, wobei hier keine Vor- bzw. Nachkammer vorgesehen sind. Die aus den Barren aufgebauten Elektroden 12 und 16 sind in eine Gehäuse 44 aufgenommen, umfassend ein Oberteil 48 und ein Unterteil 46.

Claims (8)

  1. Elektrolytischer Reaktor, insbesondere zum Abtrennen von Phosphat aus phosphathaltigen Flüssigkeiten und Rückgewinnung von Phosphatsalzen, umfassend ein Gehäuse, einen Zulauf, sowie eine Ablauf für die Flüssigkeit und zwei Elektroden (12, 16) unterschiedlicher Polarität, die zwischen sich einen Reaktionsraum (20) einschließen, wobei wenigstens eine der beiden Elektroden (12, 16) eine Opferelektrode ist und aus einem magnesiumhaltigen Werkstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Opferelektrode aus trapezoiden Barren aufgebaut ist, die eine erste und eine zweite Oberfläche (1, 2) aufweisen, wobei die erste Oberfläche (1) kleiner ist als die zweite Oberfläche (2) und vier Seitenflächen (4, 5), die die erste (1) mit der zweiten Oberfläche (2) verbinden.
  2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Barren zur Bildung einer durchgehenden Oberfläche (10) abwechselnd mit der ersten (1) und mit der zweiten Oberfläche (2) zum Reaktionsraum (20) hin angeordnet sind und einander in der Form ergänzen.
  3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Barren eine Längsrichtung aufweisen und bezüglich ihrer Längsrichtung quer zur Strömungsrichtung (14) des Reaktors angeordnet sind.
  4. Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum (20) einen rechteckigen Querschnitt in Strömungsrichtung (14) besitzt und über den gesamten Reaktionsraum (20) einen konstanten Strömungsquerschnitt aufweist.
  5. Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode (16) relativ zur anderen Elektrode (12) bewegbar ist, so dass der Abstand der beiden Elektroden (12, 16) auch über den Verzehr der wenigstens einen Opferelektrode konstant ist.
  6. Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (12, 16) eine im Wesentlichen rechteckige Oberfläche (10) ausbilden, die zum Reaktionsraum (20) hin gerichtet ist.
  7. Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (12, 16) abwechselnd als Anode und als Kathode schaltbar sind.
  8. Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierung der insbesondere bevorzugt bewegbaren Elektrode (16) über eine flexibles Kontaktband (22) oder eine flexible Kontaktkette erfolgt, die mit jedem der Barren in Kontakt ist.
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